Das Projekt "Entwicklung von Mikrosensoren zur impedanzspektroskopischen Untersuchung der Kambialaktivität von Fichte (Picea abies)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Freiburg, Institut für Waldwachstum, Abteilung Waldwachstum durchgeführt. Im beantragten Forschungsprojekt werden Mikrosensoren entwickelt, die geeignet sind, die Wachstumsaktivität in der Kambialregion lebender Bäume auf dem Niveau wenige Zellen umfassender Gewebeverbände direkt, zeitnah und zerstörungsarm zu erfassen. Das Sensorkonzept basiert auf Methoden der Impedanzspektroskopie, einem in der Biologie etablierten Analyseverfahren, mit dem der frequenzabhängige komplexe Wechselstromwiderstand des Gewebes bestimmt wird. Die charakteristischen elektrischen Parameter gehen in die Modellierung eines Ersatzschaltbildes en, womit sich der aktuelle Zustand des Gewebes mit seinen resistiven und kapazitiven Eigenschaften darstellen und beschreiben lässt. Die Elektroden werden so dimensioniert, dass die aktive Kambialregion (Kambium mit lebendem Phloem und Xylem) möglichst exakt erfasst wird und charakteristische, gewebespezifische Zeitkonstanten bestimmt werden können. Damit können die Zellteilungs- und Ausdifferenzierungsvorgänge während der Wachstumsphase kontinuierlich und zeitlich hochaufgelöst beobachtet werden. Die Entwicklung dieser Messmethodik ist die Grundlage für die später angestrebte Anwendung im Umweltmonitoring und wird die Kenntnisse über die Steuerung der Wuchsreaktionen von Waldbäumen auf Umwelteinflüsse deutlich erweitern.
Das Projekt "ARTEMYS - Skalierbare, kostengünstige Fertigungstechnologien für Kompositkathoden und Elektrolytseparatoren in Festkörperbatterien" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Robert Bosch GmbH durchgeführt. Ziel des Verbundprojekts 'ARTEMYS' ist es, geeignete Prozesstechnologien für die Herstellung von vollkeramischen Festkörperbatterien zu erarbeiten, diese bezüglich ihrer Skalierbarkeit zu bewerten und mit den geeigneten Technologien Musterzellen im Labormaßstab zur Validierung darzustellen. Somit wird sowohl eine prozesstechnologische als auch kostenbasierte Entscheidungsgrundlage für eine potentiell nachfolgende Industrialisierung am Standort Deutschland gelegt. Durch den Zusammenschluss von drei Forschungsinstituten / Universtitäten sowie acht Firmen zu einem Kompetenznetzwerk entlang der gesamten Wertschöpfungskette der Batteriefertigung, wird notwendiges Know-how von der Materialherstellung und -aufarbeitung über die Elektroden-prozessierung und Zellherstellung inklusive Fertigungsplanung bis hin zur Bewertung der Anwendung im Automobil gebündelt. Ziel von BOSCH im Verbundprojekt ist die Entwicklung eines skalierbaren Foliengießprozesses für eine Kompositkathode und einen keramischen Separator basierend auf sulfidischem Festelektrolyten. Nachfolgend schließt sich eine Bewertung des Prozessergebnisses anhand der Analyse der Mikrostruktur und Korrelation mit der elektrochemischen Performance an. Aus den gewonnenen Erkenntnissen wird ein Lastenheft für die Einzelkomponenten abgeleitet. Bosch übernimmt weiterhin die Assamblierung von Test-Pouchzellen mit sulfidischen Kathodenkompositen, verschiedenen Separatoren (oxidisch, sulfidisch) und Li-Anoden. Diese Zellen werden zyklisiert und mittels Impedanzspektroskopie charakterisiert. Aus den Erkenntnissen der Pouch-Zell-Assemblierung wird eine modellhafte Prozesskette abgeleitet und bewertet.
Das Projekt "Teilprojekt 8: Entwicklung von Trägermaterialien und Auswerteelektronik für einen impedimetrischen Wasserstoffsensor" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Sciospec Scientific Instruments GmbH durchgeführt. Der Schwerpunkt im Vorhaben liegt in der Konzipierung und Herstellung eines kompatiblen Trägermaterials mit aufgebrachten Elektroden, welche das Auslesen der Änderung der elektrischen Eigenschaften einer Sensorschicht mittels Impedanzspektroskopie ermöglichen soll. Die technische Herausforderung dabei liegt in der hohen Temperaturstabilität der Trägermaterialien in Kombination mit den aufgebrachten Elektroden und der wasserstoffselektiven Sensorschicht. Die Beschaffenheit der Elektrodengeometrie kann nicht exakt vorbestimmt werden. Sie muss in mehreren Iterationszyklen ausgiebig evaluiert und optimiert werden, um eine möglichst zuverlässige und genaue Bestimmung des Wasserstoffgehalts zu registrieren. Zusätzlich liegt ein großer Aufgabenbereich in der Integration eines Heizsystems auf das Trägermaterial, um eine Charakterisierung des Sensors bis zu 450°C zu ermöglichen. Außerdem wird eine kompakte Auswerteelektronik entwickelt, welche die umfangreiche Labormesstechnik ersetzen soll, um eine marktfähige Sensorlösung zu ermöglichen.
Das Projekt "Teilvorhaben: Synthese neuer (Ko-)Katalysatoren für die Anode und deren Integration sowie die von platinfreien Kathodenkatalysatoren in MEAs" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität München, Lehrstuhl für Technische Elektrochemie durchgeführt. Materialinnovationen für PEM Brennstoffzellen durch neue und verbesserte Katalysatoren zur Reduzierung des Pt-Anteils auf der Kathodenseite und zur Lebensdauererhöhung durch anodenseitige Stabilisierung mittels Ko-Katalysatoren bzw. neuen Katalysatoren für die selektive H2-oxidation. Nach Synthese und Bewertung mit der RDE-Methode, erfolgt der Transfer auf Einzeller mit 5 - 50 cm2 Elektroden für diagnostische Messungen und Validierung unter anwendungsrelevanten Bedingungen. Ziel ist die deutliche Reduzierung der Materialkosten in PEM Brennstoffzellen. Es werden neuartige Anoden und Kathoden-katalysatoren hergestellt und getestet. Die Materialien werden bereits in kleinem Maßstab auf gezielte Eigenschaften hin untersucht, und für vielversprechende Kandidaten wird eine optimierte und größerskalige Herstellung vorangetrieben. Vorgesehen ist die Synthese von 1) Nicht(edel)metall-Sauerstoffreduktions-katalysatoren, für die Kathode (AP1a) und 2) reduktionsstabiliserten O2-Entwicklungskatalysatoren sowie selektiven H2-Oxidationskatalysatoren für die Anode (AP 1.b). Die Katalysatoren werden mittels RRDE Messungen evaluiert (AP 3) und teilweise in 5 cm2 MEAs integriert um ihren Einfluss auf die MEA Alterung zu quantifizieren (AP 4.a). Desgleichen werden 5 cm2 MEAs mit Pt-freien Kathodenkatalysatoren hergestellt und optimiert, wobei die Spannungsverluste durch Kinetik- und Grenzstromdichtemessungen sowie Impedanzspektroskopie quantifiziert werden. Diese Erkenntnisse werden von Greenerity in der weiteren MEA Hochskalierung genutzt (AP 4.b). Es werden auch in-situ Messungen zur Aufklärung des O2-Reduktionsmechanismus Pt-freier Kathodenkatalysatoren durchgeführt (AP 4.a).
Das Projekt "NIPII: Verbundvorhaben - Untersuchung und Entwicklung eines dezentralen Energienetzwerkes und eines hybriden Energiesystems mit einer neuen Generation von Hochtemperatur (HT)-PEM Brennstoffzellen für den Einsatz auf Hochsee-Passagierschiffen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V., Institut für Technische Thermodynamik durchgeführt. Für den zukünftigen Einsatz von Brennstoffzellen auf Schiffen sowie mobilen Anwendungen ist bei der HT-PEFC die Steigerung der Leistungsdichte von zentraler Bedeutung. In Pa-X-ell 2 liegt der Fokus auf der Analyse der Leistungslimitierung bestehender Systeme. Mit Hilfe von Impedanzspektroskopie können Optimierungspotenziale der Leistungsfähigkeit der Stacks identifiziert werden. Die Steigerung der Leistungsdichte wird beispielsweise durch die Entwicklung metallischer Bipolarplatten erreicht. Hierzu werden zwei verschiedene Produktionsverfahren hinsichtlich ihrer Eignung untersucht. Mittels geeigneter Analysemethoden erfolgt eine Optimierung der Prozessparameter bei der Herstellung. Durch experimentelle Arbeiten erfolgt der Nachweis der Einsatzfähigkeit. Zur Steigerung der Energiedichte, ist es erforderlich den Kraftstoff für die Brennstoffzellensysteme in reiner Form zu tanken und das Wasser für die Dampfreformierung aus den Abgasen der Brennstoffzelle zu generieren. Hierzu werden Simulationsarbeiten zur Integration und Optimierung eines Wasserrückgewinnungssystems durchgeführt. In diesem Kontext wird der Kraftstoff Methanol mit LNG verglichen.
Das Projekt "FlexSOFC - Verwertung biogener Schwachgase schwankender Qualität in SOFCs" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von NOVUM engineerING GmbH durchgeführt. Kernproblem bei der Nutzung von minderwertigen Brennstoffen in Festbettvergasern ist die sich ergebende stark schwankende Qualität des Holzgases und eine fluktuierende Teerbeladung. Eine Verstromung des Holzgases in Gasmotoren ist bei schlechten und wechselnden Brennstoffqualitäten nicht mehr möglich. Allerdings lässt sich eine Umsetzung dieser Gase ohne Zwischenabkühlung in Hochtemperaturbrennstoffzellen (SOFCs) realisieren, wenn eine geeignete Regelung der SOFC-Module den Betrieb mit Gasen schwankender Qualität ermöglicht. Aus diesem Grund soll im Rahmen des beantragten Projektes die Leistungselektronik der Fa. NOVUM Engineering GmbH dazu verwendet werden, die Auswirkungen schwankender Gasqualitäten online zu detektieren und damit auch bei variablen Gasqualitäten den SOFC-Stack effizient und degradationssicher an thermischen Vergasungsanlagen zu betreiben. Abschätzungen lassen erwarten, dass durch die innovative Ansteuerung der Leistungselektronik besonders bei sehr niedrigen Heizwerten ein sicherer Brennstoffzellenbetrieb bei bis zu 40% höherer Brennstoffzellenleistung möglich wird. Ein existierendes 1 kWel Brennstoffzellenheizgerät soll nach einer Methodenentwicklung im Labor der FAU an einer realen Holzvergasungsanlage der Fa. Spanner - flexibel betrieben mit Brennstoffen unterschiedlicher Qualität - demonstriert werden. Um die technische Machbarkeit dieses Konzeptes nachzuweisen, soll insbesondere untersucht werden 1. die Konzeption und Entwicklung eines Wechselrichters der softwareseitig während des Brennstoffzellenbetriebes eine Impedanzspektroskopie zur Systemdiagnose anwenden kann. 2. die Entwicklung von Methoden zur Bestimmung von systemschädlichen Veränderungen der Brennstoffausnutzung am SOFC Stack auf Basis der Ergebnisse der Online-Impedanzspektroskopie und Implementierung einer SOFC-Modulregelkonzepts. 3. die Durchführung von Betriebstest des neu entwickelten Diagnoseverfahrens mit realem Holzgas an einer Vergasungsanlage der Firma Spanner.
Das Projekt "FlexSOFC - Verwertung biogener Schwachgase schwankender Qualität in SOFCs" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg, Department Chemie- und Bioingenieurwesen, Lehrstuhl für Energieverfahrenstechnik durchgeführt. Kernproblem bei der Nutzung von minderwertigen Brennstoffen in Festbettvergasern ist die sich ergebende stark schwankende Qualität des Holzgases und eine fluktuierende Teerbeladung. Eine Verstromung des Holzgases in Gasmotoren ist bei schlechten und wechselnden Brennstoffqualitäten nicht mehr möglich. Allerdings lässt sich eine Umsetzung dieser Gase ohne Zwischenabkühlung in Hochtemperaturbrennstoffzellen (SOFCs) realisieren, wenn eine geeignete Regelung der SOFC-Module den Betrieb mit Gasen schwankender Qualität ermöglicht. Aus diesem Grund soll im Rahmen des beantragten Projektes die Leistungselektronik der Fa. NOVUM Engineering GmbH dazu verwendet werden, die Auswirkungen schwankender Gasqualitäten online zu detektieren und damit auch bei variablen Gasqualitäten den SOFC-Stack effizient und degradationssicher an thermischen Vergasungsanlagen zu betreiben. Abschätzungen lassen erwarten, dass durch die innovative Ansteuerung der Leistungselektronik besonders bei sehr niedrigen Heizwerten ein sicherer Brennstoffzellenbetrieb bei bis zu 40% höherer Brennstoffzellenleistung möglich wird. Ein existierendes 1 kWel Brennstoffzellenheizgerät soll nach einer Methodenentwicklung im Labor der FAU an einer realen Holzvergasungsanlage der Fa. Spanner - flexibel betrieben mit Brennstoffen unterschiedlicher Qualität - demonstriert werden. Um die technische Machbarkeit dieses Konzeptes nachzuweisen, soll insbesondere untersucht werden 1. die Konzeption und Entwicklung eines Wechselrichters der softwareseitig während des Brennstoffzellenbetriebes eine Impedanzspektroskopie zur Systemdiagnose anwenden kann. 2. die Entwicklung Methoden zur Bestimmung von systemschädlichen Veränderungen der Brennstoffausnutzung am SOFC Stack auf Basis der Ergebnisse der Online-Impedanzspektroskopie und Implementierung einer SOFC-Modulregelkonzepts. 3. die Durchführung von Betriebstest des neu entwickelten Diagnoseverfahrens mit realem Holzgas an einer Vergasungsanlage der Firma Spanner.
Das Projekt "FELIZIA - Festelektrolyte als Enabler für Lithium-Zellen in automobilen Anwendungen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Forschungszentrum Jülich GmbH, Institut für Energie- und Klimaforschung (IEK), IEK-1: Werkstoffsynthese und Herstellungsverfahren durchgeführt. Im IEK1-Teilprojekt sollen hochskalierbare, 10-150 Mikrometer dicke Festelektrolyte aus Lithium-ionenleitenden (glas)keramischen Materialien durch den Foliengießprozess hergestellt werden. Der Schwerpunkt des HI MS-Teilprojektes liegt auf der Erforschung verschiedener Herstellungsrouten von Elektroden und Zellen mit unterschiedlicher Geometrie sowie auf deren elektrochemischer Charakterisierung. IEK-1: Folgende Arbeitsschritte sollen durchgeführt werden: 1. Herstellung von einlagiger dichten, mechanisch stabilen und gut leitenden Elektrolytschichten. 2. Herstellung von doppellagigen Schichtsystemen, die aus einer dichten und einer porösen Schicht bestehen. 3. Aufbringung der Kathodenmaterialien auf den Elektrolytschichten durch Siebdruck oder Infiltration. Dabei werden sowohl geeignete Materialkombinationen als auch Sinterbedingungen für Kathodenpasten und Infiltrationslösungen untersucht und optimiert. 4. In Zusammenarbeit mit Kooperationspartnern werden umfassende Untersuchungen zum elektrochemischen Zyklierverhalten durchgeführt und dementsprechend die Prozesse in oben geschriebenen Arbeitsschritten 1-3 optimiert. HI-MS: Es sollen auch die von den Partnern gelieferten Elektrolyte und Elektroden in Zellen mit unterschiedlichem Zelldesign eingebracht und hinsichtlich ihrer Eigenschaften in der Zelle charakterisiert werden. Standardisierte Testverfahren für die Festkörperzellen sollen in Zusammenarbeit mit den Materialherstellern erstellt werden. Dabei sollen die Testprotokolle auch galvanostatisches Zyklisieren bei verschiedenen Temperaturen zur Bestimmung von Kapazität und Zyklenlebensdauer sowie ggf. Impedanzspektroskopie zur Analyse des Innenwiderstandes umfassen. Die Ergebnisse fließen in Materialentwicklung (AP 2 bis 6) und das Zelldesign (AP 7.1) ein. Ziel ist es am Ende des Projektes eine komplette Batterie mit mindestens drei funktionierenden Wiederholeinheiten zu erstellen mit einer Energiedichte von größer als 800 Wh/L und einer Wunschlebensdauer der Zellen von 100 Zyklen.
Das Projekt "FELIZIA - Festelektrolyte als Enabler für Lithium-Zellen in Automobilen Anwendungen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Karlsruher Institut für Technologie (KIT), Institut für Angewandte Materialien - Elektrochemische Technologien durchgeführt. Das beantragte Projekt strebt an, mit der Erforschung zukünftiger Lithium-(Ionen-)Technologien die Technologieführerschaft im Bereich reversibler Energiespeicher und Elektromobilität in Deutschland zu sichern. Der Schwerpunkt liegt auf der Erforschung von keramischen Werkstoffen, um damit zukünftige Batterietechnologien zu erschließen. Durch den komplementären Einsatz von experimentellen Untersuchungen sowie Modellbildung und Simulation soll die zielgerichtete Entwicklung von zukunftsträchtigen Materialien, Elektrodenstrukturen und Zellkonzepten ermöglicht werden. Die Arbeiten am Karlsruher Institut für Technologie, Institut für Angewandte Materialien sind im Arbeitspaket 7 'Elektroden- und Zelldesign, Zellbau und Zelltest' angesiedelt. Sie werden an den Teilinstituten Werkstoffe der Elektrotechnik (IAM-WET) und Energiespeichersysteme (IAM-ESS) durchgeführt. Dies umfasst am IAM-WET die 3D-Rekonstruktion (AP7.3) und die detaillierte elektrochemische Charakterisierung von Elektroden und Zellen über Impedanzspektroskopie und hochauflösende Auswerteverfahren (AP7.2) sowie die Entwicklung homogenisierter (Ersatzschaltbild-) und räumlich aufgelöster Modelle (AP7.1). Aus Simulationsrechnungen werden die Potentiale verschiedener Materialsysteme und Elektrodenkonfigurationen abgeleitet, die optimalen Mikrostrukturparameter für ausgewählte Materialsysteme unter Berücksichtigung experimentell bestimmter Material- und Grenzflächeneigenschaften bestimmt und die Übertragbarkeit vom Modellsystem in die Vollzelle analysiert. Das IAM-ESS trägt primär zum AP7.4 bei. Durch umfassende chemisch-strukturelle Analysen werden die wichtigsten Funktions- und Ermüdungsmechanismen identifiziert und möglichst weitgehend auch quantifiziert.
Das Projekt "Teilprojekt 3.8: Entwicklung impedimetrischer Sensoren zur Bestimmung der Aufnahme von Schad- bzw. Wertstoffen durch immobilisierte ganze Zellen sowie Referenzierung entwickelter Sensoren" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Kurt-Schwabe-Institut für Mess- und Sensortechnik Meinsberg e.V. durchgeführt. Das Ziel des Vorhabens ist die Entwicklung von neuen impedimetrischen Sensoren. Die Sensoren sind mit Ganzzellen als biologische Komponenten zu modifizieren und zur Bestimmung der Aufnahme von Schad- bzw. Wertstoffen einzusetzen. Impedanzspektroskopie und Oberflächenplasmonenresonanz sind als Messmethoden zur Bestimmung der Schad- und Wertstoffaufnahme, insbesondere jedoch von Metallionen, in kontaminierten Umweltproben, vorzugsweise von Bergbau- und industriellen Abwässern einzusetzen. Strategische wichtige Metalle sollen aus Industriewässern entfernt werden. Die Grundstrukturen der Sensoren sind mittels Siebdrucktechnik zu fertigen und mittels spezifischer Beschichtung mit Ganzzellen als Biokomponenten für impedimetrische Schadstoffbestimmungen zu präparieren. Zielanalyte sind ausgewählte Metallionen. Verschiedene Tranducerkomponenten sind auszuwählen und elektrochemisch zu untersuchen und zu charakterisieren. Eine Referenzierung mit neuen voltammetrischen und potentiometrischen Sensoren ist zu gewährleisten. Die Sensorkenngrößen sind zu ermitteln und die Messparameter zu optimieren. Spektroskopische Laboranalysenmethoden, wie z.B. die Atomabsorptionspektroskopie, sollen als Referenzmethoden zum Einsatz kommen. Eine Validierung der Sensoren in realen Medien und in Feldversuchen ist zu erzielen.
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